研教一体化高职教学模式下实例教学研究

郎英彤

摘 要 以研教模式为目标，分析项目导向教学模式在现代职业教育中的实践价值，并将项目成果应用于实践教学，同时作为一种自我消化的成果转化方式。结合实践教学内容和科研成果，以转化教学资源为实例，建立专业模型，设定实践教学计划、完成目标及考评标准等，通过数值仿真实践教学数据分析，探索研教一体的教学目标和模式创新。

关键词 研教一体;主动控制;成果转化;数值仿真教学

中图分类号 G718.5 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2019）08-0047-04

职业院校的教育根本任务就是培养技术应用型专门人才。高等职业院校教育的明显特征是以适应社会需求为目标，培养出来的毕业生一般具备适度的基础理论知识，但技术应用能力和实践创新能力较强。对于如何培养学生的动手实践能力，增强学生的实践经验，学校的传统做法是将学生安排到相应的企业实习，但随着企业实习岗位不足、成本較高等因素的影响，学生在课堂实验室里动手操作代替到企业实习就成为让学生积累实践经验的重要途径。这就对学校的教学模式提出了新的要求。本文以此为切入点，提出以项目研究为导向，结合实践教学手段，探讨教师科研与实践教学有机结合的创新型教学模式。

一、项目导向教学模式在现代职业教育中的需求度不断提高

（一）项目导向的实境教学环境

现代教育技术十分重视学生的主导地位，目的是要学生在课堂学习中发挥更大的自主性，在提高学生学习效率的同时也促进了教学模式的变革。现代教育技术为实现实境教学提供了非常便利的条件，但由于受教学资源、学习场地和办学经费等客观条件的限制，难以满足学生的实践教学需求。为了提高教学质量，各学校大都加大投入改（扩）建了具备真实生产加工能力的校内实训基地和实验室，增加了更多的试验器材和软硬件，如MATLAB仿真教学工具。通过模拟现实环境，设置科学合理的教学情景，逐渐满足了学生的实践训练需求。因此，这种实境教学既兼顾了“行动导向”教学方法的运用，又真实体现企业现场环境氛围，为改善实施项目教学提供了技术保障。

（二）项目导向的教学资源需求

项目导向不能单纯地理解为狭隘的企业实习项目，因为不是每个专业都能有条件完成专业的教学项目。本文所研究的项目导向是为以项目研究和开发为基础的教学对象，主要是教师科研项目及成果的教学资源转化。近年来国家颁布了很多有利于职业教育发展的文件和政策。其中，以高校知识产权成果转化的相关政策为代表，大力提倡和引导教师科研成果转化，并将转化结果作为学校综合质量评估的一个重要指标。事实上，科研成果转化不仅仅是将成果直接转化成生产力（社会化转化），而且还包括转化成教学资源（内部消化）等模式。作为高等职业院校，教师的科研成果同样具有转化价值。一般而言，在科研工作中都会进行大量的调查研究，如果大量的科研成果转化为教学内容，就会使教学内容更加丰富多彩。这不仅能促进理论创新，而且能够将理论运用于实际问题的解决。因此，在教学方面，将科研成果转化为教学资源显得尤为重要。

（三）提高高职教育实效性的需求

现代职业教育应具备较好的实效性，能培养出大批实用型人才。这要求充分运用研教结合模式，将新的研究成果和理论应用到实践教学中来，与时俱进地实现人才的培养目标，促进学校跟随时代步伐持续发展。因此，职业院校当前的首要任务就是摒弃以往单纯的理论教学模式，转变为以项目为导向、以就业为目标的实践教学模式，紧抓职业教育的实效性，有针对性地培养一批专业技术水平高的人才。

二、构建研教一体教学模式的实践价值

（一）研教一体是教学和科研互融共进的重要途径

著名科学家钱伟长曾指出，“教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育”。科研就是教学的“源头活水”，教学没有科研做支撑，就可能失去教育的“灵魂”。特别是在高等职业教育中，将优秀的科研成果直接转化为课堂上的资源，是最直接有效的成果转化方式之一。同时，教学又是科研的巨大“隐形动力”，缺乏对教学的关注，就可能失去提高科研水平的机会。

（二）提升人才培养实效性和就业质量

对于大多数职业院校，国家的财政投入只能维持人头费支出，各类实验实践器材和设备不足，这就直接导致了教师工作积极性不高、师生实验条件差，实境教学环境缺失，学生无法得到最直接的实践经验，严重违背了职业院校办学的根本目的。现代职业院校正在原有高职教学模式基础上推行研教一体化教学模式改革，实施研教一体化教学，把传统教学模式变成研教一体化的教学模式，使理论与实践紧密结合，学生能较快较好地实现从理论知识到实践技能的贯通，有效地培养了学生动手能力、分析问题和解决问题的能力，进而从实践上让学生看到和体验到就业的希望以及职业发展的未来。

（三）研教一体是理论教学与实践教学中教育资源的重要补充

具有较高科研水平的教师，必然对教学内容思考得更为深刻透彻，对知识的把握也会更为准确，教学则更易做到“深入浅出”，有助于学生的学习与理解[1]。而且，对科研的关注使教师能够及时将最前沿的学术成果不断充实到自己的课堂中，弥补了原有课程知识与最新研究之间的“断层”，也将极大地吸引学生的学习兴趣。此外，科研对教学的促进不局限于教学内容，在大学课堂中，学者型教师对于学生影响更多的是他们思考问题的方式、严谨的科研态度和刻苦的学习精神。

（四）作为科研成果直接转化手段和方式，为科研成果的转化提供实践参考

教研一体模式，实质上就将教师的科研成果直接转化为教育资源，基本上做到知识与时俱进、技术与时俱进。现实中，无论是普通高校还是职业院校，一般教师都会将大量的时间与精力用在开展系统性的理论知识教育上，完全忽视了把系统性理论知识和具体工作有机联系起来。而作为一线教师，也往往将科研的重心放到职称评定和晋级需求，大部分科研成果处于“沉睡”状态。但随着国家对科研成果转化的重视，扶持力度逐渐加大，各院校逐渐意识到科研成果在教学资源中的重要性，逐渐开始在教学过程中考虑结合具体工作要求确立相应的实践教学目标体系。

三、基于RBF项目研究的研教一体教学方案尝试

作为普通高等职业院校，让学生熟练掌握技能是至关重要的，是与职业院校学生培养目标一致的。笔者通过近三年的科研试验观察，教研一体的教学模式基本达到了预定的教学目的。首先，考虑到职业院校科研能力与实践能力的矛盾问题，笔者成立了专业的研究团队进行专门研究，并形成了研究成果。其次，根据项目研究成果设定教学目标，将研与教充分融合，以检验教学效果。再次，根据教学效果修订教学方案和改进科研成果，完善课堂教学资源。最后，依照企业需求，考评就业质量是否达到用人单位标准。

（一）设定RBF课题项目研究目的和技术标准

RBF（Radial Basis Function）算法是柔性机械臂主动控制应用研究的重要算法之一，RBF神经网络也是职业院校自动化、职能控制等专业最广泛应用且需重点掌握的神经网络模型之一。RBF可以通过对数据的不断学习拟合柔性机械臂的动力学方程，进而达到优化控制的目的，轻松解决传统控制方法建模困难等难题。但RBF的复杂程度不亚于一个庞大的系统编程，远远不是职业院校普通学生能独立完成的。

以90年代初提出的一种新型的混合控制方案ACLD结构主动约束阻尼振动控制为研究内容，在柔性结构中，附加粘弹性阻尼材料和压电材料，形成粘弹性压电复合结构，可以有效地抑制系统振动[2]。该控制方法是通过作用器向系统输入能量，以达到对系统进行主动调节或镇定的目的。但压电柔性机械臂在运动环境中，会遇到温度，压强等不确定因素，会导致定位不准确，这在实践教学中也是一个难点问题。首先，研究团队设定了研究目标，在研究人员指导下，由学生成员利用lagrange方程对柔性系统进行建模，使用RBF 神经网络方法逼近精准方程，模糊不确定因素[3]，并采用主动控制来控制柔性系统的轨迹，最后学员分组利用Matlab教学软件仿真验证该方法的有效性。

（二）设定教学实践目标，将研究成果应用到实际教学

抽象的研究对学生而言无疑是枯燥无味的，而Matlab所拥有的神经网络（Neural Network）、模糊逻辑（Fuzzy Logic）、控制系统（Control System）等多个专门的工具箱以及可视化动态仿真系统Simulink、功能强大的图形用户界面GUI等非常适合神经网络建模分析，因此，在控制教学中引入Matlab，充分利用该优势，可以实现更好的教学效果[4]。因此，在智能控制专业实践课堂设定教学目标是快速掌握一套实用工具Matlab，而不是让学生浪费时间去完成超出能力的庞大的编程工作。

根据教学计划，设立教学目标为：

根据给出的模型设计，利用MATLAB神经网络工具箱中的径向基函数网络来逼近柔性机械臂动力学方程。令动力学方程f（t）=Mq+Kq+Qr+Qk。采用newrb函数设计网络，利用RBF神经网络方法拟合系统方程，得到刚性转角和驱动力矩之间的关系，并根据理想轨迹预测出对应的驱动力矩。

为验证其有效性，对ACLD结构的动力学模型进行仿真分析。由仿真结果可以看出，弹性振动得到了很好的控制，端点的振幅平稳地衰减，并趋于零。学生仿真结果和研究结果一致。

结果表明，根据项目导向采取的研教一体教学模式，RBF神经网络方法在通过用Matlab进行仿真分析，在实际教学中可以较精确地得出作用在柔性机械臂上的驱动力矩，也能较好地预测出理想的运动轨迹，模糊了主动控制由于温度等不确定因素产生的影响，使运动轨迹更精准，完全满足企业高精度生产工艺技术改造需求。

（三）就业质量跟踪考核

根据项目研究团队的要求，与吉林省越洋血浆蛋白研究院有限公司达成实习协议，参与实验的学员协助实习单位就人血高密度脂蛋白制品生产工艺自动化控制项目承担机械部分设计的实验数据进行分析，学员通过掌握的技术和实用工具，对自动制剂生产设备进行模拟分析，并提供设计参考数据和建议。根据企业项目组计划时间，按照企业项目计划时间，完成数据论证和机械设计需要7个月时间，但实际上提前将近两个月时间完成庞大的数据论证和分析。仅为企业节约人工成本就达到30万元。

（四）研教一体实践教学效果分析

《2018年职业能力建设司工作要点》中明确提出，在职业教育中要“推广一体化课程教学改革成果”。本文以自动化专业为例做的一些尝试，效果明显。通过实践，研教一体实践教学效果至少表现在以下四个方面：一是教学效果方面。项目成果作为课堂教学资源，充分起到了辅助教学的作用，有利于学生加深对理论的理解，学生课堂参与度得到明显提升。二是节约成本方面。按照企业计划，一台中试设备成本高到数百万元，前期通过专家分析并对有关技术参数和数据进行仿真模拟，避免了生产风险，节约大量设计经费。三是就业质量方面。实习人员在企业展现出其他人所不及的明显优势，操作能力强，数据分析思路清晰，应用工具使用熟练。四是探索欲望方面。进入企业后，学生对实习目标非常明确，对外界探索能力较强，提高了主动编程能力和创新能力。

四、总结和建议

现阶段，我国职业教育教学仍然存在一些问题，為了保障其健康高效发展，实施研教结合模式已是职业院校的应然之举。职业型高等院校要培养出高素质的工程应用型人才，应突出学生的主体地位，不断创新教学模式以适应现代智能化工业发展需求。

同时，在当前环境下研教一体教学模式的实施，还应该强调以下三点：一是对于设计性、综合性、创新性实验项目，学校应给予一定的制度化激励措施，激发研究人员的积极性，以科研项目和科研成果为依托，积极承担教学改革项目，以教学改革项目促进教学方式的创新;二是学校应积极构建集教学、科研功能于一体的双师型师资队伍，创新研教一体绩效评价、职称评聘等制度;三是强化教学实践环节，提高科研转化和技术服务能力，加速高等职业院校的科技成果转化。

总之，研教一体的实质就是依托科研教育，培养企业和社会需要的技术型人才，充分肯定工匠精神和学生参与实践的能力，是提高职业教育综合水平的重要举措。

参 考 文 献

[1]曹扬，邹云龙.创新的性质及其组织[J].东北师大学报：哲学社会科学版，2017（6）：86-90.

[2]余跃庆，周刚，方道星.基于模糊PID融合的柔性机械臂振动压电主动控制研究[J].中国机械工程，2008（15）：1836-1847.

[3]栾楠.机器人逆动力学神经网络建模[J].电机与控制学报，2008（2）：174-178.

[4]毛玉蓉.Matlab在智能控制课程教学中的应用[J].仪器仪表与分析检测，2008（2）：8-12.